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高超声速飞行器残差自调节高精度控制算法研究

黄广  
【摘要】:步入崭新的21世纪,高超声速飞行器是需要大力发展的航空航天飞行器,具有巨大的军事价值和潜在的经济价值。部分发达国家已经掌握了高超声速飞行器的一些关键技术,而我国尚处于高超声速飞行器研究的初步阶段,很多关键问题都有待解决。本文主要针对高超声速飞行器在大气层中会受到各种未知的气动干扰,如何抑制高超声速飞行器的干扰,避免高超声速飞行器的颤振现象,提高系统的控制精度展开了深入研究。 在已有研究中,对于高超声速飞行器干扰抑制的问题都要求系统的结构模型已知,而且还要求系统的的扰动模型精确,如果实际扰动不匹配给定的扰动模型,可能导致整个系统失效。因此本文提出一种基于数据驱动代替基于模型的控制器优化方法,避免了基于模型的控制方法的不利影响。主要研究内容分为以下几个方面: 为了能够更好的学习高超声速飞行器的运动模型,建立了高超声速飞行器全状态非线性六自由度的运动方程;为了便于研究,对高超声速飞行器全状态非线性运动方程进行解耦,建立了平衡飞行条件下高超声速飞行器的纵向运动模型;针对高超声速飞行器的干扰影响,对高超声速飞行器的颤振现象进行了简单分析。 针对高超声速飞行器纵向运动模型,对系统进行线性离散化,分别建立了高超声速飞行器的线性时不变模型和高超声速飞行器的线性参数变化模型;针对高超声速飞行器的线性时不变模型,通过极点配置设计基于观测器的Youla参数稳定控制器;针对高超声速飞行器的线性参数变化模型,使用线性矩阵不等式设计基于观测器的Youla参数稳定控制器;设计的稳定控制器,实现了闭环系统全局内稳定与残差生成。 针对高超声速飞行器线性时不变系统基于观测器的Youla参数化结构,提出了一种基于数据最优的方法优化系统的闭环性能指标,从而抑制系统的未建模干扰影响,提高了控制精度;针对高超声速飞行器线性参数变化系统基于观测器的Youla参数化结构,提出了一种基于残差数据的自整定增益调度控制方法,在线调度Youla参数,从而抑制系统的未建模干扰,提高控制精度,降低控制能耗。


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